天生我材必有用,单细胞也有记忆力,它的智慧超出你的想象-黏菌

黏菌是一种很酷的生物,他们有时候像变形虫一样,趴在地上爬来爬去,有时候又会站起来跟香菇一样,产生子实体和孢子,把分类学家们搞得糊里糊涂,不知道到底该把他们算成动物,植物还是霉菌,所以特别给黏菌一族自成一门,真菌动物门(Myxomycota)。

黏菌的世界可以说是最兼容各种性别的世界。你以为人类出现第三性很有创意吗?黏菌配子的性别,由三组基因作决定(matA,B,C),可以形成8种性别的性细胞。每一个基因作又可以有多种变化,排列组合下可以有500种以上的性别个体。

黏菌虽然是单细胞生物,但是在外观上,一点都不像一颗圆圆的细胞,他在地上爬的阶段,会形成一个网状结构,四面八方的探索养分的所在,他们的身体可以超展开,从几厘米到几米都有,吉尼斯世界纪录将其列为世界最大的细胞(原来不是鸵鸟蛋啊…)。

​还有一点,就是当黏菌要形成子实体的时候,会有多个黏菌细胞聚集在一起,然后有的细胞成为孢子,延续下一代,有的则自我牺牲,成为将孢子顶到最高处的柱子(stalk)。这些成为柱子的细胞基本上就是自杀,然后硬化了。这种利他行为,在生物界里非常少见,这个中原因也是研究黏菌的科学家们非常热衷的研究题目喔!

黏菌身为单细胞生物,当然没有消化系统,为了要摄取体外大分子的养分,黏菌分泌出许多黏液,先用黏液里的酵素消化一下外面的养分,然后再好好的吸收进来。就好像先吐些口水在馒头上,让淀粉霉作用一下,再来舔分解出来的醣类….(有点不太舒服的比喻,哈哈….)。这些黏液总是盖在黏菌身上,让他们看起来总是湿湿黏黏的,黏菌(slime mold)也就因此而得名。

​生物物理及型态学家,德国马克斯普朗克学会(Max-Planck Institute),米尔娜·克拉玛(Mirna Kramar)小姐,和慕尼黑科技大学,卡伦·阿里姆(Karen Alim)小姐,发现一种叫做多头绒泡(Physarumpolycephalum)的黏菌,会记得哪里有食物,哪里有危险。这个发现打破很多科学家的眼镜,因为一直以来,科学家们都认为,记忆力是拥有神经系统的生物的特权,实在难以想像单细胞黏菌也能有记忆力。

其实黏菌也不是第一次让科学家们吓得不轻了,之前也有研究发现,黏菌的“智慧”足以解开许多复杂的问题,比如说找出离开迷宫的最短路线,这让科学家们超级好奇,黏菌到底是怎么思考,怎么决定方向的(对人生迷惘的小编也很想知道怎么决定方向…)。

阿里姆小姐发现,黏菌的网状形态其实是一直在快速变动的,这些变化并没有一个指挥中心来决定,而是由每一次遇到食物的时候,形成的构架来组成记忆,这些记忆就是未来做决定时的参考资料。

阿里姆小姐说道:“当计划从简单的实验观察发展开来的时候,真的很令人兴奋。我们一路看着黏菌的移动和饮食过程,观察到他们的网子有些特定的粗细变化,这些变化在黏菌吃完食物之后很久都还存在。在黏菌快速变动的型态中,这些坚持不变的地方给了我们这个点子,或许他们就是用这种印痕(imprint)一般的型态,来记住过去发生过的事的。不过,我们首先必需解释这种印痕形成的机制。”

在显微镜下,阿里姆小姐发现,黏菌发现食物的时候会释放出一种化学物质,当做开饭的信号,让那个地方的网子软化,然后整个身体就朝那个方向前进。

克拉玛小姐说道:“黏菌吃饭的时候形成的网子有粗有细,接近食物的地方,开饭信号多,网子就粗一点,其他地方就缩得细了些。下一次发现食物的时候,开饭信号就因为网子的粗细不同,而有不同的传导速度,粗网子就像是高速公路一样,传送速度较快。反之,细的地方就慢。整个黏菌的身体,软化的程度也因此而不同,形成前进方向的决定。”

阿里姆小姐指出,多头绒泡黏菌形成记忆的方式粗暴又简单。这个发现,或许能为了解演化上的老祖先们的行为找到一片小拼图,同时也能为未来的智慧材料设计,和建构巡航复杂环境的软机器人,带来一些新的应用方向。

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